JPH02188967A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH02188967A
JPH02188967A JP1007764A JP776489A JPH02188967A JP H02188967 A JPH02188967 A JP H02188967A JP 1007764 A JP1007764 A JP 1007764A JP 776489 A JP776489 A JP 776489A JP H02188967 A JPH02188967 A JP H02188967A
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JP
Japan
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schottky
junction
semiconductor substrate
gate electrode
schottky junction
Prior art date
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JP1007764A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruyoshi Mihara
輝儀 三原
Takeyuki Yao
八尾 健之
Tsutomu Matsushita
松下 努
Yoshinori Murakami
善則 村上
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To reduce the leak current of a semiconductor device so as to improve the resistance characteristics of the device by forming a shield layer having a conductivity type which is different from that of a semiconductor substrate at the boundary section between a Schottky metal area other than a Schottky junction forming area controlled by a gate electrode and the semiconductor substrate. CONSTITUTION:This semiconductor device is provided with a semiconductor substrate 1 of the first conductivity type in which a drain area 2 is formed, Schottky metal area 3 formed in the main surface of the substrate 1 and forms a Schottky junction at part of the substrate 1 and, at the same time, functions as a source area, gate electrode 5 which is provided against the Schottky junction through an insulating film 4 and controls the tunnel current of the junction, and shield layer 6 of the second conductivity type formed at the boundary section between the Schottky metal area 3 other than the above-mentioned Schottky junction forming area controlled by the electrode 5 and the substrate 1. Therefore, the leak current at the shield section is remarkably reduced, since the leak current is produced at the p-n junction formed by the shield layer and substrate.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、ショットキ接合のエネルギー障壁の厚さを
絶縁ゲート電極からの電界によって変調し、トンネル現
象を制御することにより主電流を制御する半導体装置に
関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) This invention mainly aims at controlling the tunneling phenomenon by modulating the thickness of the energy barrier of the Schottky junction by the electric field from the insulated gate electrode. The present invention relates to a semiconductor device that controls current.

(従来の技術) 上記のような原理の半導体装置をショットキトンネルト
ランジスタと呼ぶことにする。このような従来のショッ
トキトンネルトランジスタとしては、例えば第12図に
示すようなものがある(特開昭62−274775号公
報)。同図(a)中、101はn形の半導体基体であり
、その主面には、ドレイン領域に相当するn+領域10
2が形成され、またこのn+領域102と適宜間隔をお
いて当該n形の半導体基体101とショットキ接合を形
成するとともにソース領域として機能するショットキ金
属103が作り込まれている。そして、n+領域102
とショットキ金属103との間における半導体基体10
1上にゲート絶縁膜104を介してゲート電極105が
形成されている。
(Prior Art) A semiconductor device based on the above principle will be referred to as a Schottky tunnel transistor. An example of such a conventional Schottky tunnel transistor is the one shown in FIG. 12 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-274775). In the same figure (a), 101 is an n-type semiconductor substrate, and its main surface has an n+ region 10 corresponding to a drain region.
A Schottky metal 103 is formed at an appropriate distance from the n+ region 102 to form a Schottky junction with the n-type semiconductor substrate 101 and to function as a source region. And n+ region 102
semiconductor substrate 10 between and Schottky metal 103
A gate electrode 105 is formed on the substrate 1 with a gate insulating film 104 interposed therebetween.

第12図の(b)〜(’e)は、ドレイン領域であるn
“領域102及びゲート電極105に対するバイアス状
態とこれに対応したショットキ接合の各バンド図の様子
を示している。
(b) to ('e) in FIG. 12 are drain regions n
“The bias state for the region 102 and the gate electrode 105 and the corresponding band diagram of the Schottky junction are shown.

同図(b)、(c)に示すように、ゲート電圧VG−0
のときは、ショットキ接合におけるショットキバリアφ
Bの厚さWが厚く、ドレイン電圧VD−0又はショット
キ接合が逆バイアスとなるVO>Oでは電流は流れない
。同図(d)に示すように、VO>Oにするとゲート電
極105からの電界によってショットキ接合が強く曲げ
られ厚さWが薄くなるので、VD〉0でトンネル効果に
よつて電子がショットキ金属103から半導体基体10
1側の方向にショットキ接合を通り抜け、ドレイン領域
からソース領域にトンネル電流が流れる。VG−0、V
D<0(7)ときは(同図(e))ショットキ接合は順
バイアスとなって多数の電子が半導体基体101からシ
ョットキ金属10・3側に移行して順方向の電流が流れ
る。
As shown in (b) and (c) of the same figure, the gate voltage VG-0
When , the Schottky barrier φ in the Schottky junction
When the thickness W of B is large and the drain voltage VD-0 or VO>O where the Schottky junction is reverse biased, no current flows. As shown in the figure (d), when VO>O, the Schottky junction is strongly bent by the electric field from the gate electrode 105 and the thickness W becomes thinner, so when VD>0, electrons are transferred to the Schottky metal 103 due to the tunnel effect. from semiconductor substrate 10
A tunnel current flows through the Schottky junction in the direction of one side from the drain region to the source region. VG-0, V
When D<0(7) ((e) in the same figure), the Schottky junction becomes forward biased, and a large number of electrons move from the semiconductor substrate 101 to the Schottky metal 10/3 side, causing a forward current to flow.

上述のトンネル電流の大きさは、ゲート電圧VGによっ
て変えることができるので、この現象をトランジスタと
して利用することができる。そして、この現象を利用し
たショットキトンネルトランジスタは、通常のMOSF
ETと比べるとバンチスルーが起きないため、将来の微
細機能素子として期待されている。
Since the magnitude of the tunnel current described above can be changed by changing the gate voltage VG, this phenomenon can be utilized as a transistor. Schottky tunnel transistors that utilize this phenomenon are similar to ordinary MOSFETs.
Compared to ET, bunch-through does not occur, so it is expected to be used as a future fine functional device.

(発明が解決しようとする課題) ところで、通常のMOSFETにおいては、ソース領域
と基板領域間は、pn接合のバリアが数1000A程度
で厚いので、ゲート電圧が0で逆バイアスのとき、その
pn接合には拡散電流しか流れずリーク電流は小さくな
る。これに対し、VG−0で逆バイアスのときのショッ
トキ接合のリーク電流ILは、第12図(c)に示すよ
うに、三角ポテンシャルを超えての熱電子放出であるか
ら、 IL b exp  (−φB/kT)(k:ボルツマ
ン常数、T:絶対温度)の関係により温度上昇と共に指
数関数的に増大する。
(Problem to be Solved by the Invention) By the way, in a normal MOSFET, the pn junction barrier between the source region and the substrate region is about several thousand amperes thick, so when the gate voltage is 0 and the reverse bias is applied, the pn junction Only the diffusion current flows through, and the leakage current becomes small. On the other hand, the leakage current IL of the Schottky junction when reverse biased at VG-0 is thermionic emission exceeding the triangular potential, as shown in FIG. 12(c), so IL b exp (- φB/kT) (k: Boltzmann constant, T: absolute temperature), it increases exponentially as the temperature rises.

一方、従来のショットキトンネルトランジスタにあって
は、ゲート電圧VGによってトンネル電流が制御を受け
るショットキ接合の領域は、半導体基体101の主面近
傍の一部分のみであるが、ショットキ接合は、この必要
領域以外に、半導体基体101とショットキ金属103
とが接する比較的広い面積部分に形成されている。この
ため、温度上昇時やドレイン電圧VOを上げたときにシ
ョットキ接合のリーク電流が増加し、さらにドレイン電
圧はショットキ接合に直接かかるのでその接合の三角ポ
テンシャルの曲りが急峻になって等価的にショットキバ
リアφBの低下をもたらし、この点でもリーク電流が増
加して耐圧が低下してしまうという問題があった。
On the other hand, in the conventional Schottky tunnel transistor, the area of the Schottky junction where the tunnel current is controlled by the gate voltage VG is only a part near the main surface of the semiconductor substrate 101; , a semiconductor substrate 101 and a Schottky metal 103
It is formed in a relatively wide area where it touches. For this reason, when the temperature rises or when the drain voltage VO is increased, the leakage current of the Schottky junction increases, and since the drain voltage is directly applied to the Schottky junction, the curve of the triangular potential of that junction becomes steeper, resulting in an equivalent Schottky junction. This causes a decrease in the barrier φB, which also causes a problem in that leakage current increases and breakdown voltage decreases.

この発明は、このような従来の問題を解決すべくなされ
たもので、ゲート電極で制御されるショットキ接合の形
成領域以外のショットキ金属と半導体基体の境界部に当
該半導体基体とは導電形の異なるシールド層を形成する
ことにより1、リーク電流を低減して耐圧特性を向上さ
せることのできる半導体装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve these conventional problems.The present invention has been made in order to solve these conventional problems. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce leakage current and improve breakdown voltage characteristics by forming a shield layer.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は上記課題を解決するために、ドレイン領域が
形成される第1導電形の半導体基体と、該半導体基体の
主面に形成され当該半導体基体と一部においてショット
キ接合を形成するとともにソース領域として機能するシ
ョットキ金属と、前記ショットキ接合に対し絶縁膜を介
して設けられ当該ショットキ接合のトンネル電流を制御
するゲート電極と、該ゲート電極で制御される前記ショ
ットキ接合の形成領域以外の前記ショットキ金属と前記
半導体基体の境界部に形成された第2導電形のシールド
層とを有することを要旨とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type in which a drain region is formed, and a semiconductor substrate formed on the main surface of the semiconductor substrate. a Schottky metal that forms a Schottky junction in part with the semiconductor substrate and functions as a source region; a gate electrode that is provided to the Schottky junction via an insulating film and controls a tunnel current of the Schottky junction; The object of the present invention is to include a second conductivity type shield layer formed at a boundary between the Schottky metal and the semiconductor substrate in a region other than the controlled Schottky junction formation region.

(作用) ショットキ金属が所要の一部のみにおいて第1導電形の
半導体基体と直接接合してショットキ接合が形成され、
このショットキ接合のトンネル電流がゲート電圧で可変
されてトランジスタ作用が行なわれる。
(Function) A Schottky junction is formed by directly bonding the Schottky metal to the semiconductor substrate of the first conductivity type only in a required part,
The tunnel current of this Schottky junction is varied by the gate voltage to perform a transistor function.

そして、ショットキ接合は、ゲート電極で制御される領
域のみに限られ、このショットキ接合の形成領域以外の
ショットキ金属面は第2導電形のシールド層でシールド
される。したがって、このシールド部分におけるリーク
電流は、シールド層と半導体基体で形成されるpn接合
で生じることになって顕著に低減する。
The Schottky junction is limited only to the region controlled by the gate electrode, and the Schottky metal surface other than the region where the Schottky junction is formed is shielded by a shield layer of the second conductivity type. Therefore, leakage current in this shield portion occurs at the pn junction formed between the shield layer and the semiconductor substrate, and is significantly reduced.

このように、ショットキ接合は所要の小領域のみに限定
され、その他のショットキ金属面はシールド層の形成に
より、リークバスが殆んどカットされた状態となって、
リーク電流が顕著に低減する。また、このリーク電流が
温度特性やドレイン電圧VDの影響を゛受けることも殆
んどなくなる。
In this way, the Schottky junction is limited to only the required small area, and the leak bus is almost completely cut off on the other Schottky metal surfaces due to the formation of the shield layer.
Leakage current is significantly reduced. Furthermore, this leakage current is hardly affected by temperature characteristics or drain voltage VD.

(実施例) 以下、この発明の実施例であるショットキトンネルトラ
ンジスタを図面に基づいて説明する。
(Example) Hereinafter, a Schottky tunnel transistor which is an example of the present invention will be described based on the drawings.

第1図ないし第4、図は、この発明の第1実施例を示す
図である。
1 to 4 are diagrams showing a first embodiment of the present invention.

まず、第1図及び第2図を用いて、この実施例の基本的
構成及びその作用から説明する。
First, the basic structure and operation of this embodiment will be explained using FIGS. 1 and 2.

第1図中、1はn形の半導体基体、2はn′″ドレイン
領域、3は半導体基体1と所要の一部のみにおいてショ
ットキ接合を形成するとともにソース領域として機能す
るショットキ金属であり、n+ ドレイン領域2とショ
ットキ金属3との間における半導体基体1上にはゲート
絶縁膜4を介してゲート電極5が形成されている。ここ
で、ショットキ接合を形成する所要の一部とは、A−A
線に垂直な部分の半導体基体1とショットキ金属3の境
界部を指している。そしてさらに、この実施例では、シ
ョットキ金属3におけるA−A方向以外の面、即ちゲー
ト電極5で制御されるショットキ接合の形成領域以外の
ショットキ金属3と半導体基体1の境界部にシールド層
としてのp形のシールド拡散層6が形成されている。
In FIG. 1, 1 is an n-type semiconductor substrate, 2 is an n'' drain region, 3 is a Schottky metal that forms a Schottky junction with the semiconductor substrate 1 only in a necessary part and functions as a source region, and A gate electrode 5 is formed on the semiconductor substrate 1 between the drain region 2 and the Schottky metal 3 via a gate insulating film 4. Here, the necessary part for forming the Schottky junction is A- A
It refers to the boundary between the semiconductor substrate 1 and the Schottky metal 3 perpendicular to the line. Furthermore, in this embodiment, a shield layer is formed on the surface of the Schottky metal 3 other than in the A-A direction, that is, on the boundary between the Schottky metal 3 and the semiconductor substrate 1 other than the area where the Schottky junction controlled by the gate electrode 5 is formed. A p-type shield diffusion layer 6 is formed.

次に、上述のような構成からなるショットキトンネルト
ランジスタの作用を、第2図の(a)、(b)を用いて
説明する。第2図(a)は第1図中A−A断面部のショ
ットキ接合のバンド図を示し、第2図(b)はB−B断
面部におけるシールド拡散層6と半導体基体1とで形成
されたpn接合等のバンド図を示している。
Next, the operation of the Schottky tunnel transistor constructed as described above will be explained using FIGS. 2(a) and 2(b). 2(a) shows a band diagram of the Schottky junction at the AA cross section in FIG. 1, and FIG. 2(b) shows the band diagram of the Schottky junction formed by the shield diffusion layer 6 and the semiconductor substrate 1 at the BB cross section. This shows a band diagram of a pn junction, etc.

まず、A−A側のショットキ接合部では、ゲート電圧V
G−0でドレイン電圧vO〉0のとき、即ちショットキ
接合が逆バイアスでオフ状態のときは、そのショットキ
接合の三角ポテンシャルを介してトンネル電流がリーク
電流として流れるが、シールド拡散層6の存在によりシ
ョットキエツジでは空乏層の曲率が大きくなるので電界
集中が緩和されることに加え、そのショットキ接合面積
が小さいのでリーク電流は無視できる程度のレベルにな
る。vO〉0でVD>Oのときは、三角ポテンシャルが
急峻になり、より大きなトンネル電流が流れてオン状態
になるとともに、このトンネル電流の大きさがゲート電
圧VGにより変化する。
First, at the Schottky junction on the A-A side, the gate voltage V
When the drain voltage vO>0 at G-0, that is, when the Schottky junction is reverse biased and off, a tunnel current flows as a leakage current through the triangular potential of the Schottky junction, but due to the existence of the shield diffusion layer 6, In a Schottky junction, the curvature of the depletion layer becomes large, which alleviates electric field concentration, and the Schottky junction area is small, so leakage current becomes negligible. When vO>0 and VD>O, the triangular potential becomes steeper and a larger tunnel current flows to turn on, and the magnitude of this tunnel current changes depending on the gate voltage VG.

一方、B−B側のシールド拡散層6の形成部では、第2
図(b)に示すように、ショットキ金属3とp形のシー
ルド拡散層6との接合部はオーミック接触となって三角
ポテンシャルができないのでトンネル電流は流れない。
On the other hand, in the formation part of the shield diffusion layer 6 on the B-B side, the second
As shown in Figure (b), the junction between the Schottky metal 3 and the p-type shield diffusion layer 6 forms an ohmic contact and no triangular potential is formed, so no tunnel current flows.

そしてリーク電流は、シールド拡散層6と半導体基体1
とで形成されたpn接合の部分で生じることになる。し
かし、この部分のリーク電流は、通常のpn接合のよう
に殆んど問題のない程度の低いレベルになる。このリー
ク電流のレベルは、ドレイン電圧VDを上げた場合にお
いても同様である。
The leakage current flows between the shield diffusion layer 6 and the semiconductor substrate 1.
This occurs at the pn junction formed by the However, the leakage current in this portion is at a low level that causes almost no problem, as in a normal pn junction. The level of this leakage current remains the same even when the drain voltage VD is increased.

このように、この実施例では、半導体基体1とは異なる
導電形のシールド拡散層6の形成により、ゲート電極5
で制御されるショットキ接合の形成領域以外のショット
キ金属と半導体基体1の境界部、即ち、チャネル相当部
以外のリークパスがカットされるので、リーク電流が顕
著に低減され、また、このリーク電流が温度特性やドレ
イン電圧VDの影響を受けることも殆んどなくなる。
As described above, in this embodiment, by forming the shield diffusion layer 6 of a conductivity type different from that of the semiconductor substrate 1, the gate electrode 5
Since the leakage path at the boundary between the Schottky metal and the semiconductor substrate 1 other than the formation region of the Schottky junction controlled by the temperature control, that is, the leakage path other than the channel corresponding part, is cut, the leakage current is significantly reduced. There is almost no influence from characteristics or drain voltage VD.

次いで、第3図には、この実施例の具体的構成を示す。Next, FIG. 3 shows the specific configuration of this embodiment.

半導体基体1は、低濃度のn形Siが用いられ、ショッ
トキ金属3には、タングステンが用いられている。また
、ゲート電極5は多結晶S1で作製されている。そして
、ショットキ金属3は、半導体基体1であるSi中に食
込んでゲート電極5の下に回り込むように形成されてい
る。7は絶縁膜、8はゲート側壁絶縁膜、9はソース電
極、10はドレイン電極、11は層間絶縁膜である。図
の例ではドレイン電極10とB+ ドレイン領域2との
間にもショットキ金属3が形成されているが、この部分
におけるショットキ金属3は、単にドレイン電極10と
B+ ドレイン領域2の接続用金属として用いられてい
る。
The semiconductor substrate 1 is made of low concentration n-type Si, and the Schottky metal 3 is made of tungsten. Furthermore, the gate electrode 5 is made of polycrystalline S1. The Schottky metal 3 is formed so as to dig into the Si that is the semiconductor substrate 1 and wrap around under the gate electrode 5 . 7 is an insulating film, 8 is a gate sidewall insulating film, 9 is a source electrode, 10 is a drain electrode, and 11 is an interlayer insulating film. In the example shown in the figure, the Schottky metal 3 is also formed between the drain electrode 10 and the B+ drain region 2, but the Schottky metal 3 in this part is simply used as a connecting metal between the drain electrode 10 and the B+ drain region 2. It is being

この実施例のショットキトンネルトランジスタは、具体
的に上述のように構成され、ソース領域として機能する
ショットキ金属3は、ゲート電極5の下に回り込むよう
に形成されている。ショットキトンネルトランジスタで
は、ゲート電圧でショットキバリアの厚さが変調される
ので、ゲート電極5とショットキ接合とはオフセットの
ないことが望まれるが、この構成ではオフセットはゼロ
である。したがって、ゲート電圧はゲート絶縁膜4を介
して直接ショットキ接合に及び、オン抵抗を非常に小さ
くすることができる。また、P+シールド拡散層6は、
後述するようにゲート側壁絶縁膜8をマスクにしてセル
ファライン的に形成され、チャネルとして機能するショ
ットキ接合の形成領域以外のショットキ金属面を覆って
いるので、リーク電流を最小限に抑えることができる。
The Schottky tunnel transistor of this embodiment is specifically constructed as described above, and the Schottky metal 3 functioning as a source region is formed so as to extend under the gate electrode 5. In a Schottky tunnel transistor, since the thickness of the Schottky barrier is modulated by the gate voltage, it is desirable that there be no offset between the gate electrode 5 and the Schottky junction, but in this configuration, the offset is zero. Therefore, the gate voltage is applied directly to the Schottky junction via the gate insulating film 4, and the on-resistance can be made extremely small. Moreover, the P+ shield diffusion layer 6 is
As will be described later, it is formed in a self-aligned manner using the gate sidewall insulating film 8 as a mask, and covers the Schottky metal surface other than the formation region of the Schottky junction that functions as a channel, so that leakage current can be minimized. .

次に、上述の具体的構成からなるショットキトンネルト
ランジスタの製造工程の一例を第4図の(a)〜(e)
を用いて説明する。なお、以下の説明において、(a)
〜(e)の各項目記号は、第4図の(a)〜(e)のそ
れぞれに対応する。
Next, an example of the manufacturing process of a Schottky tunnel transistor having the above-described specific configuration is shown in FIGS. 4(a) to 4(e).
Explain using. In addition, in the following explanation, (a)
Each item symbol of - (e) corresponds to (a) - (e) of FIG. 4, respectively.

(a)n形Stからなる半導体基体1の表面に、ゲート
絶縁膜4となる5i02膜を熱酸化により所定の厚さに
成長させ、素子形成領域以外は厚く酸化する。
(a) On the surface of the semiconductor substrate 1 made of n-type St, a 5i02 film, which will become the gate insulating film 4, is grown to a predetermined thickness by thermal oxidation, and the areas other than the element formation region are oxidized thickly.

(b)ゲート電極5となる多結晶Siを所要の厚さに堆
積後、絶縁膜7となる5t02膜を成長させ、その上に
酸化及びイオン注入のマスクとなるSi3N4膜12を
堆積する。このあとゲート電極5をドライエツチングで
パターニングし、その側面部の多結晶Siを再び熱酸化
する。
(b) After depositing polycrystalline Si, which will become the gate electrode 5, to a required thickness, a 5t02 film, which will become the insulating film 7, is grown, and an Si3N4 film 12, which will become a mask for oxidation and ion implantation, is deposited thereon. Thereafter, the gate electrode 5 is patterned by dry etching, and the polycrystalline Si on the side surfaces thereof is thermally oxidized again.

(C)フォトレジスト膜13のマスクを形成後、イオン
注入によりB+ ドレイン領域2を形成する。
(C) After forming a mask of photoresist film 13, B+ drain region 2 is formed by ion implantation.

(d)CVD法により、全1面j:5102膜を堆積後
、RIE(リアクティブイオンエツチング)法によりゲ
ート側壁絶縁膜8を残して他の部分のCV’DSi02
膜を除去する。次いでゲート側壁絶縁膜8及び多結晶S
iのゲート電極5をマスクにしてB+のイオン注入によ
りP+シールド拡散層6を形成する。
(d) After depositing a 5102 film on one surface using the CVD method, the CV'DSi02 film is etched on the other parts using the RIE (reactive ion etching) method, leaving the gate sidewall insulating film 8.
Remove the membrane. Next, gate sidewall insulating film 8 and polycrystalline S
A P+ shield diffusion layer 6 is formed by B+ ion implantation using the gate electrode 5 of i as a mask.

(e)ゲート側壁絶縁膜8をマスクにしてB+ドレイン
領域2及びP+シールド拡散層6上の薄い5i02膜の
一部を開口し、ショットキ金属3となるタングステンを
選択成長させる。このとき、成長条件を適切に選ぶこと
によりタングステンを開口部より横方向に食込ませ、ゲ
ート電極5の下まで達するようにさせることができる。
(e) Using the gate sidewall insulating film 8 as a mask, a part of the thin 5i02 film on the B+ drain region 2 and the P+ shield diffusion layer 6 is opened, and tungsten, which will become the Schottky metal 3, is selectively grown. At this time, by appropriately selecting the growth conditions, it is possible to make the tungsten penetrate laterally from the opening and reach the bottom of the gate electrode 5.

タングステンは5to2とは反応しないでSLとだけ反
応するので、図示のような形に埋込むことが可能となる
Since tungsten does not react with 5to2 but only with SL, it can be embedded in the shape shown in the figure.

最後に層間絶縁膜11としてPSG膜を堆積し、コンタ
クトホールを開けてソース電極9及びドレイン電極10
等の上部電極と接続すれば第3図に示した構造が得られ
る。
Finally, a PSG film is deposited as an interlayer insulating film 11, and contact holes are opened to form a source electrode 9 and a drain electrode 10.
The structure shown in FIG. 3 can be obtained by connecting with an upper electrode such as .

次いで、第5図ないし第9図には、この発明の第2実施
例を示す。
Next, FIGS. 5 to 9 show a second embodiment of the present invention.

この実施例は、さらに高耐圧、大電流用途に適した縦形
構造のショットキトンネルトランジスタとしたものであ
る。
This embodiment is a Schottky tunnel transistor with a vertical structure that is suitable for high voltage and large current applications.

なお、第5図ないし第9図及び後述の第3実施例を示す
第10図において、前記第3図における部材及び部位と
同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以って示し
、重複した説明を省略する。
In FIGS. 5 to 9 and FIG. 10 showing the third embodiment described later, the same or equivalent parts and parts as in FIG. The explanation given will be omitted.

第5図中、14はn′″基板であり、このB+基板14
上に、前記第1実施例におけるn形半導体基体に相当す
るn形の低濃度領域1が形成され、この低濃度領域1の
表面部に、複数個のショットキ金属3、P+シールド拡
散層6、ゲート絶縁膜4及びゲート電極5等が形成され
、n生基板14の裏面にドレイン電極15が設けられて
縦形構造のショットキトンネルトランジスタが構成され
ている。16はフィールド絶縁膜、17はゲート電極、
18はソース電極である。
In FIG. 5, 14 is an n''' board, and this B+ board 14
An n-type low concentration region 1 corresponding to the n-type semiconductor substrate in the first embodiment is formed thereon, and a plurality of Schottky metals 3, P+ shield diffusion layers 6, A gate insulating film 4, a gate electrode 5, etc. are formed, and a drain electrode 15 is provided on the back surface of the n-type substrate 14, thereby forming a vertical Schottky tunnel transistor. 16 is a field insulating film, 17 is a gate electrode,
18 is a source electrode.

p+シールド拡散層6はショットキ金属3の底部全面に
広がりn形紙濃度領域1中に深く突出ている。ゲート電
極5は規則正しくショットキ金属3を取り囲んでおり、
この取り囲まれた各単位トランジスタ(以下セル20と
いう)は互いに並列に接続されて大電流がとれるように
なっている。
The p+ shield diffusion layer 6 extends over the entire bottom of the Schottky metal 3 and protrudes deeply into the n-type paper concentration region 1. The gate electrode 5 regularly surrounds the Schottky metal 3,
The surrounded unit transistors (hereinafter referred to as cells 20) are connected in parallel to each other so that a large current can be drawn.

第6図の(a)、(b)は、それぞれセル20のパター
ン例を示しており、第6図@)はメツシュ状セルパター
ン、第6図(b)はストライブ状セルパターンの例を示
している。なお、セルパターンは、これらに限定される
ものではなく、各セル20の形状は多角形、円形等でも
よい。これらのセル構造をとることにより、チャネル(
ショットキ接合部)幅が増大してオン抵抗が小さくなり
大電流をとることができる。また、セル集団の最外周部
はフィールドリング19で囲まれて周辺セルへの電界集
中が防止されている。
6(a) and 6(b) respectively show examples of patterns of the cells 20, FIG. 6 @) shows an example of a mesh-like cell pattern, and FIG. 6(b) shows an example of a striped-like cell pattern. It shows. Note that the cell pattern is not limited to these, and the shape of each cell 20 may be polygonal, circular, or the like. By adopting these cell structures, channels (
The width of the Schottky junction increases, the on-resistance decreases, and a large current can be taken. Further, the outermost periphery of the cell group is surrounded by a field ring 19 to prevent electric field from concentrating on surrounding cells.

次に、上述のように構成された縦形構造ショットキトン
ネルトランジスタの作用を説明する。
Next, the operation of the vertical structure Schottky tunnel transistor configured as described above will be explained.

まず、17図の(a)、(b)、(c)を用いてオフ状
態のときから述べる。VD >01VG≦0のときはオ
フ状態である。このとき第7図(a)に示すように1乏
層21は低濃度領域1中へ深く広がり、同図(c)のポ
テンシャル図で示すようにショットキ金属3から電子が
放出されることはない。近接するセル20のショットキ
金属3間の間隔りを必要とする耐圧のときに伸びる空乏
層幅Xに比べて十分小さく (L<X/2)しておけば
、ドレイン電極15に高電圧を印加したとき、第7図(
b)に示すように、チャネルに臨む表面層が完全に空乏
化し表面電界が緩和される。これにより、チャネル近傍
のリーク電流の上昇と耐圧の低下を防ぐことができる。
First, the off state will be described using (a), (b), and (c) in FIG. When VD>01VG≦0, it is in an off state. At this time, as shown in FIG. 7(a), the 1-poor layer 21 spreads deeply into the low concentration region 1, and as shown in the potential diagram of FIG. 7(c), no electrons are emitted from the Schottky metal 3. . If the distance between the Schottky metals 3 of adjacent cells 20 is made sufficiently small (L<X/2) compared to the depletion layer width X that extends when the required withstand voltage is applied, a high voltage can be applied to the drain electrode 15. When this happens, Figure 7 (
As shown in b), the surface layer facing the channel is completely depleted and the surface electric field is relaxed. This can prevent an increase in leakage current near the channel and a decrease in breakdown voltage.

p+シールド拡散層6は深ければ深いほど空乏層21を
低濃度領域1のバルク中に伸ばすことができるので、耐
圧的に有利となるがセル20を微細化し、Lを小さくす
れば浅くても同様の効果が得られる。セル20の外周を
囲むフィールドリング19は空乏層21をなだらなか曲
率で終端させるために設けられるもので、必要とする耐
圧に応じて2重又は3重に設けてもよい。
The deeper the p+ shield diffusion layer 6 is, the more the depletion layer 21 can extend into the bulk of the low concentration region 1, which is advantageous in terms of breakdown voltage. The effect of this can be obtained. The field ring 19 surrounding the outer periphery of the cell 20 is provided to terminate the depletion layer 21 with a gentle curvature, and may be provided in two or three layers depending on the required breakdown voltage.

次いで、第8図の(a)、(b)、(c)を用いてオン
状態のときを述べる。VO>01VG>0のときにオン
状態となる。このとき、ゲート電圧VGは表面部のショ
ットキ接合に強く働きショットキバリアの厚さを薄くす
る。即ち、三角ポテンシャルを急峻にする。その結果、
第8図(c)に示すように、ショットキ金属3から低濃
度領域1ヘトンネル電流が流れる。この実施例ではn+
基板14の裏面、即ち、半導体ウェーハの裏面をドレイ
ンとし、表面側にセル構造のソース相当領域及びゲート
電極5を高密度に配置したので、電流通路が増え、その
結果、低オン抵抗を実現することができる。
Next, the on state will be described using (a), (b), and (c) of FIG. It is turned on when VO>01VG>0. At this time, the gate voltage VG strongly acts on the Schottky junction in the surface portion and reduces the thickness of the Schottky barrier. That is, the triangular potential is made steeper. the result,
As shown in FIG. 8(c), a tunnel current flows from the Schottky metal 3 to the low concentration region 1. In this example, n+
Since the back surface of the substrate 14, that is, the back surface of the semiconductor wafer is used as the drain, and the region corresponding to the source of the cell structure and the gate electrode 5 are arranged in high density on the front side, the number of current paths increases, and as a result, low on-resistance is achieved. be able to.

なお、上述したこの実施例の構成において、n+基板1
4をp+基板に置換えてもよい。このように置換えると
、導通時(VG>O)に少数キャリヤがn−低濃度領域
1に注入されて電導度変調を起すので、より低いオン抵
抗を実現することができる。特に数100v以上の耐圧
を得ようとするとn−低濃度領域1の抵抗がデバイスの
オン抵抗を支配するようになるので p +基板に置換
えると効果的に低オン抵抗が得られる。
Note that in the configuration of this embodiment described above, the n+ substrate 1
4 may be replaced with a p+ substrate. When replaced in this way, minority carriers are injected into the n- low concentration region 1 when conductive (VG>O), causing conductivity modulation, so that a lower on-resistance can be realized. In particular, when trying to obtain a withstand voltage of several hundred volts or more, the resistance of the n- low concentration region 1 comes to dominate the on-resistance of the device, so replacing it with a p+ substrate effectively provides a low on-resistance.

次いで、上述・の縦形構造ショットキトンネルトランジ
スタの製造工程の一例を第9図の(a)〜(g)を用い
て説明する。なお、以下の数値例は、ドレイン・ソース
間耐圧≧100V、ゲート耐圧≧20Vの仕様を満足し
ようとしたときの例を示している。
Next, an example of the manufacturing process of the above-mentioned vertical structure Schottky tunnel transistor will be explained using FIGS. 9(a) to 9(g). Note that the numerical examples below are examples when trying to satisfy the specifications of drain-source breakdown voltage≧100V and gate breakdown voltage≧20V.

(a)n−低濃度領域1が1.5Ωcm、15μm、n
+基板14が0.01Ωcm、600μmの各Slを用
いたn″″/ n+ウェーハを準備し、表面を6000
人の厚さに熱酸化して5IO2膜を形成した後、p+フ
ィールドリング19を、p+表面濃度が10”7cm3
 xJw5gm程度となるように選択拡散する。
(a) n-low concentration region 1 is 1.5Ωcm, 15μm, n
Prepare n″″/n+ wafers in which the + substrate 14 uses Sl of 0.01 Ωcm and 600 μm, and the surface
After forming a 5IO2 film by thermal oxidation to a human thickness, the p+ field ring 19 was formed with a p+ surface concentration of 10''7cm3.
Selectively diffuse so that xJw is about 5gm.

(b)活性領域部分の5102膜をフォトエツチングし
、その部分に新たにゲート絶縁膜4となる5io2膜を
1000人程度0厚さに酸化成長させる。
(b) Photo-etch the 5102 film in the active region, and oxidize and grow a new 5io2 film, which will become the gate insulating film 4, to a thickness of about 1000 on that part.

(c)ゲート電極5となる多結晶SLを6000人の厚
さに堆積後、その上に絶縁膜7となる5i02膜を10
00人の厚さに成長させ、さらにマスクとしての5i3
N41[122を500人の厚さに堆積する。このあと
ゲート電極5をドライエツチングでバターニングし、そ
の側面部の多結晶SLを100OA程度の厚さに再び熱
酸化する。
(c) After depositing polycrystalline SL, which will become the gate electrode 5, to a thickness of 6,000 mm, a 5i02 film, which will become the insulating film 7, is deposited on top of it to a thickness of 6,000 nm.
5i3 grown to a thickness of 0.00 people and further used as a mask
Deposit N41[122 to a thickness of 500 mm. Thereafter, the gate electrode 5 is patterned by dry etching, and the polycrystalline SL on the side surface thereof is thermally oxidized again to a thickness of about 100 OA.

(d)CVD法により、全面に500OA程度の厚さに
S i 02膜を堆積後、RIE法によってゲート側壁
絶縁膜8としてのサイドウオール5i02を形成する。
(d) After depositing a Si 02 film to a thickness of about 500 OA over the entire surface by CVD, sidewalls 5i02 as gate sidewall insulating films 8 are formed by RIE.

(e)ゲート側壁絶縁膜8及び多結晶Siのゲート電極
5をマスクにしてB+のイオン注入を行ない、表面濃度
10” /am3 x j−3pm程度のp+シールド
拡散層6を形成する。
(e) Using the gate sidewall insulating film 8 and the polycrystalline Si gate electrode 5 as a mask, B+ ions are implanted to form a p+ shield diffusion layer 6 with a surface concentration of about 10''/am3 x j-3 pm.

(f)ゲート側壁絶縁膜8をマスクにして薄い5i02
膜をエツチングにより開口し、さらにこの開口部からS
t基板を選択的に等方性エツチングしてゲート電極5の
下までサイドエツチングを施しエツチング孔を形成する
(f) Thin 5i02 using gate sidewall insulating film 8 as a mask
The membrane is opened by etching, and S
The t-substrate is selectively isotropically etched to perform side etching to below the gate electrode 5 to form an etching hole.

(g)ショットキ金属3となるタングステンを選択成長
させ、上述のエツチング孔を埋める。このとき、タング
ステンの横方向食込みが起きる条件を適切に選べば、前
記(f)の工程によるSt基板のエツチングは不要であ
る。
(g) Tungsten, which will become Schottky metal 3, is selectively grown to fill the above-mentioned etching holes. At this time, if conditions for causing lateral erosion of tungsten are appropriately selected, etching of the St substrate in the step (f) is not necessary.

最後に層間絶縁膜11としてPSG膜を堆積し、コンタ
クトホールを開口したのち、配線用のA丈を蒸着し、こ
れをバターニングして各電極を形成し、さらにn+基板
14の裏面に金属を蒸着してドレイン電極を形成すれば
第5図に示した縦形構造のショットキトンネルトランジ
スタが得られる。
Finally, a PSG film is deposited as the interlayer insulating film 11, a contact hole is opened, a length A for wiring is deposited, this is patterned to form each electrode, and metal is deposited on the back surface of the n+ substrate 14. If a drain electrode is formed by vapor deposition, a Schottky tunnel transistor having a vertical structure as shown in FIG. 5 can be obtained.

第10図には、この発明の第3実施例を示す。FIG. 10 shows a third embodiment of the invention.

この実施例は、縦形構造のショットキトンネルトランジ
スタにおいて、ゲート電極5を溝状に形成し、その下部
の部分を低濃度領域1中に埋込んだ構造としたものであ
る。ゲート絶縁膜4は、その溝状ゲート電極5の側面部
に形成されている。
In this embodiment, in a Schottky tunnel transistor having a vertical structure, the gate electrode 5 is formed in the shape of a groove, and the lower part thereof is buried in the low concentration region 1. The gate insulating film 4 is formed on the side surfaces of the groove-shaped gate electrode 5.

前記第1、第2実施例のものは、ショットキ金属がゲー
ト電極の下に回り込むように形成されているので、ゲー
ト絶縁膜やショットキ接合にストレスがかかり易い構造
になっている。これに対し、この実施例では、ストレス
が垂直方向に逃げるので、その影響を少なくすることが
できる。
In the first and second embodiments, the Schottky metal is formed so as to wrap around under the gate electrode, so that stress is easily applied to the gate insulating film and the Schottky junction. In contrast, in this embodiment, the stress escapes in the vertical direction, so its influence can be reduced.

第11図の(a)、(b)には、この発明の第4実施例
を示す。
FIGS. 11(a) and 11(b) show a fourth embodiment of the present invention.

まず、第11図り)の例は、ショットキ金属3をゲート
電極5の下に回り込むように形成するとともに、A−A
線に垂直な部分で示されるショットキ接合の直ぐ下の位
置までシールド拡散層6を形成するようにしたものであ
る。このような構成によれば、ゲート電極5とショット
キ接合とは全くオフセットがないのでゲート電圧でショ
ットキバリアの厚さが効率よく変調されるとともに、シ
ールド拡散層6によりリークバスが一層確実にカットさ
れてリーク電流を一層低減させることができる。
First, in the example of Figure 11), the Schottky metal 3 is formed so as to wrap around under the gate electrode 5, and the A-A
The shield diffusion layer 6 is formed to a position immediately below the Schottky junction shown by the part perpendicular to the line. According to such a configuration, since there is no offset between the gate electrode 5 and the Schottky junction, the thickness of the Schottky barrier is efficiently modulated by the gate voltage, and the leak bus is more reliably cut by the shield diffusion layer 6. Leakage current can be further reduced.

また、第11図(b)の例は、ショットキ接合がゲート
電極5の端面とほぼ一致する位置に形成されているが、
シールド拡散層6をショットキ金属3の角部の部分まで
覆うように形成したものである。
Furthermore, in the example shown in FIG. 11(b), the Schottky junction is formed at a position that almost coincides with the end surface of the gate electrode 5;
The shield diffusion layer 6 is formed so as to cover the corner portions of the Schottky metal 3.

このような構成によれば、電界集中の生じ易いショット
キ金属3の角部の部分のリークバスがシールド拡散層6
によりカットされるのでリーク電流の低減効果を一層高
めることができる。
According to such a configuration, the leak bus at the corners of the Schottky metal 3 where electric field concentration tends to occur is removed from the shield diffusion layer 6.
Since the leakage current is cut, the leakage current reduction effect can be further enhanced.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、ショットキ接
合の形成はゲート電極で制御される所要の領域のみに限
定し、このショットキ接合の形成領域以外のショットキ
金属面は第2導電形のシールド層でシールドしたので、
このシールド部分におけるリーク電流はシールド層と半
導体基体で形成されるpn接合で規制されて低レベルと
なり、全体的なリーク電流を顕著に低減させることがで
きて耐圧特性を向上させることができるという利点があ
る。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the formation of the Schottky junction is limited to only the required region controlled by the gate electrode, and the Schottky metal surface other than the region where the Schottky junction is formed is Since it was shielded with a conductive shield layer,
The leakage current in this shield part is regulated by the pn junction formed by the shield layer and the semiconductor substrate and becomes a low level, which has the advantage that the overall leakage current can be significantly reduced and the withstand voltage characteristics can be improved. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第4図はこの発明に係る半導体装置の第1
実施例を示すもので、第1図は基本的構成を示す構成図
、第2図はショットキ接合部等のエネルギバンドを示す
バンド図、第3図は具体的構成を示す縦断面図、第4図
は製造工程の一例を示す工程図、第5図ないし第9図は
この発明の第2実施例を示すもので、第5図は縦断面図
、第6図はセルパターンを示す平面図、第7図はオフ状
態のときの作用を説明するための図、第8図はオン状態
のときの作用を説明するための図、第9図は製造工程の
一例を示す工程図、第10図はこの発明の第3実施例を
示す縦断面図、第11図はこの発明の第4実施例を示す
要部縦断面図、第12図は従来のショットキトンネルト
ランジスタを説明するための図である。 に半導体基体、   2:n+ ドレイン領域、3:シ
ョットキ金属、 4:ゲート絶縁膜、5:ゲート電極、 6:pゝシールド拡散層(シールド層)、9.18:ソ
ース電極、 10.15ニドレイン電極。 代理人  弁理士  三 好  秀 和第3図 第1図 第2図(b) 第6図(a) 第6図(b) ] 第4図(a) 篤4 1’!’? (b) 第4 図(C) 第4 図(d) ス4 図(e) 第9r1!J(d) 窮11図(a) 窮11図(b) 第12図(a) 第12図(C) 第12図(d) 第12図(e)
1 to 4 show a first diagram of a semiconductor device according to the present invention.
Fig. 1 is a block diagram showing the basic structure, Fig. 2 is a band diagram showing the energy band of a Schottky junction, etc., Fig. 3 is a vertical cross-sectional view showing the specific structure, and Fig. 4 is a diagram showing the energy band of the Schottky junction. FIG. 5 is a process diagram showing an example of the manufacturing process, FIGS. 5 to 9 show a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a longitudinal sectional view, and FIG. 6 is a plan view showing a cell pattern. Fig. 7 is a diagram for explaining the action in the off state, Fig. 8 is a diagram for explaining the action in the on state, Fig. 9 is a process diagram showing an example of the manufacturing process, and Fig. 10 is a diagram for explaining the action in the on state. 11 is a longitudinal sectional view showing a main part of a fourth embodiment of the invention, and FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional Schottky tunnel transistor. . 2: N+ drain region, 3: Schottky metal, 4: Gate insulating film, 5: Gate electrode, 6: P shield diffusion layer (shield layer), 9.18: Source electrode, 10.15 Nidrain electrode . Agent Patent Attorney Hidekazu Miyoshi Figure 3 Figure 1 Figure 2 (b) Figure 6 (a) Figure 6 (b) ] Figure 4 (a) Atsushi 4 1'! '? (b) Figure 4 (C) Figure 4 (d) S4 Figure (e) 9th r1! J(d) Figure 11 (a) Figure 11 (b) Figure 12 (a) Figure 12 (C) Figure 12 (d) Figure 12 (e)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 ドレイン領域が形成される第1導電形の半導体基体と、 該半導体基体の主面に形成され当該半導体基体と一部に
おいてショットキ接合を形成するとともにソース領域と
して機能するショットキ金属と、前記ショットキ接合に
対し絶縁膜を介して設けられ当該ショットキ接合のトン
ネル電流を制御するゲート電極と、 該ゲート電極で制御される前記ショットキ接合の形成領
域以外の前記ショットキ金属と前記半導体基体の境界部
に形成された第2導電形のシールド層と を有することを特徴とする半導体装置。
[Scope of Claims] A semiconductor substrate of a first conductivity type in which a drain region is formed, and a Schottky metal formed on a main surface of the semiconductor substrate and forming a Schottky junction with the semiconductor substrate in a portion and functioning as a source region. a gate electrode that is provided to the Schottky junction via an insulating film and controls the tunnel current of the Schottky junction; and a gate electrode that is connected to the Schottky metal and the semiconductor substrate in a region other than the formation region of the Schottky junction that is controlled by the gate electrode. A semiconductor device comprising: a shield layer of a second conductivity type formed at a boundary portion.
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